【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属基复合材料，尤其涉及一种高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备方法。
技术介绍
1、陶瓷粉末体积分数高于50％的高体分铝基复合材料具有密度低、强度高、模量高、热膨胀系数低和热导率高等优势，属于典型的结构和功能一体化材料，广泛应用于航空航天、精密仪器、电子封装等领域。
2、目前该类复合材料零件比较成熟的制备方法是先得到简单几何外形的高体分铝基复合材料实体坯料，进而根据轻量化设计需求，采用周期较长的多种精细加工方式获得复杂结构的精密服役构件。因其具有小批量、多品种的突出应用需求，不易采用规范化流水线的加工方式。
3、由于硬质陶瓷粉末含量高，高体分铝基复合材料加工难度极大，还需要选用昂贵的特制金刚石铣刀。加工过程金刚石铣刀会频繁与硬质粉末摩擦碰撞，刀具磨损很快，为了保证材料精度和表面质量，铣刀需要及时更换，材料铣除速率也不能快。再者，加工过程铣除的材料不能再回收利用，材料浪费比较严重，有些薄壁盒式零件的材料利用率甚至不足10％。因此，高体分铝基复合材料精密构件实际加工过程存在周期长、成本高、材料利用率低等突出问题，极大地限制了高体分铝基复合材料在航空航天、精密仪器等领域的应用，尤其阻碍了其在民用方面的推广应用。基于此，急需针对性地开发适于高体分铝基复合材料的近净形制备方法，实现复杂结构高体分复合材料的近净形制备，努力达到构件配合面少加工、非配合面不加工的目标。
4、高体分铝基复合材料主要的制备方法包括粉末冶金法和液态浸渗法。其中，结合热压烧结或热等静压等工艺，采用粉末冶金法可以制备出
5、显然，如文献“崔岩等，sic颗粒整形对高体分铝基复合材料力学性能的影响及有限元模拟，材料学报，2019”报道采用粉末自然堆积和无压浸渗法制备铝基复合材料，该方法不适用于无压浸渗近净形制备。同样，文献“崔岩等，高体分sicp/al复合材料无压浸渗近净形制备加工技术研究，2000年材料科学与工程新进展(下)——2000年中国材料研讨会论文集，2000”报道采用热压铸法制备结构复杂的预制体，在预制体上喷涂涂层，采用无压浸渗法近净形制备铝基复合材料。面对铝基复合材料小批量、多品种和多样化的典型特征，该方法需要借助不同结构的特制模具来获得所需外形结构的预制体，工艺灵活性不够。而专利cn202310562248.6基于粉末冶金和热等静压工艺实现铝基复合材料构件的近净成形制备，该方法需要借助特定模具来获得不同外形的复合材料，对大型专用设备和模具等依赖性较高。因此，急需从可工程化的角度，开发适用于无压浸渗工艺的高体分铝基复合材料的低成本近净形制备方法，实现外形结构灵活多变的高体分铝基复合材料的近净形制备。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备方法，本专利技术在保证铝基复合材料力学性能的同时，能够制备出铝基复合材料近净形构件，减少原料消耗，降低铝基复合材料的制备加工周期和成本。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
3、一种高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备方法，先采用模压成型的方法制备陶瓷预制体生坯，干燥，然后通过机械加工将干燥后的所述陶瓷预制体生坯加工成所需外形结构的异形陶瓷预制体坯体，高温烧结所述异形陶瓷预制体坯体得到异形陶瓷预制体，最后采用无压渗透的方法将铝渗透于所述异形陶瓷预制体中，得到近净形高体分铝基复合材料。
4、进一步地，所述高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备方法，包括以下步骤：
5、a、将陶瓷粉末与粘结剂充分混合，模压成型，制得陶瓷预制体生坯；
6、b、将所述陶瓷预制体生坯进行干燥处理；
7、c、将步骤b干燥处理后的所述陶瓷预制体生坯固定在机床上，采用通用钢质铣刀加工成所需外形结构的异形陶瓷预制体坯体；
8、d、将步骤c中的所需外形结构的异形陶瓷预制体坯体进行脱胶处理，高温烧结处理得到异形陶瓷预制体；
9、e、将所述异形陶瓷预制体放置在装有铝合金的石墨坩埚内，所述异形陶瓷预制体放置于所述铝合金上方或放置于所述铝合金下方，将所述石墨坩埚置于电阻炉内，在氮气气氛保护下升温至850-1000℃，保温2-4小时完成无压浸渗过程，从所述石墨坩埚内取出样品，空冷，即可得到近净形高体分铝基复合材料。
10、在本专利技术中，先将陶瓷粉末通过模压成型的方法制得立方体结构的陶瓷预制体生坯，此过程中使用的模具为本领域的通用模具(例如本领域常用的陶瓷块体成型模具)，将上述陶瓷预制体生坯干燥后采用简单机械加工的方式加工成所需外形结构的异形陶瓷预制体坯体，加工过程中去除的多余陶瓷粉末材料可以循环利用(即步骤c中加工过程中去除的多余陶瓷粉末材料可以返回到步骤a中)，降低原材料消耗，同时由于本专利技术采用模压成型、简单机械加工和高温烧结的方法制备特定外形结构的异形陶瓷预制体，无需使用复杂结构的模具，减少了制备复杂结构模具的时间和成本。
11、进一步地，步骤a中，所述陶瓷粉末为碳化硅(sic)粉末、氧化铝(al2o3)粉末、碳化钛(tic)粉末、二硼化钛粉末(tib2)和金刚石粉末中的一种，所述陶瓷粉末的粒度为20-300μm；
12、所述粘结剂为浓度为5-10wt％的聚乙烯醇水溶液，所述粘结剂的添加量为陶瓷粉末质量的5-10％。
13、进一步地，步骤a中，所述模压成型为采用液压机压制成型，压制的压强为50-150mpa，加载速率为3mpa/s，保压时间为1-4min。
14、进一步地，步骤b中，所述干燥处理是将所述陶瓷预制体生坯置于鼓风干燥箱内，在80-160℃保温5-10h，升温速度为3-5℃/min。
15、进一步地，步骤c中，铣刀转速为1500-2500r/min，行进速率为1-3mm/s。
16、进一步地，步骤d中，所述脱胶处理为将所述所需外形结构的异形陶瓷预制体坯体置于箱式电阻炉，在400-600℃温度下保温1-3小时；
17、所述高温烧结处理为脱胶处理后，将箱式电阻炉升温至900-1300℃保温2-5小时；
18、上述升温过程中升温速率均为4-8℃/min。
19、进一步地，步骤e中，所述铝合金为al-mg-si合金，mg的质量分数为3-12％，si的质量分数为9-18％。
20、进一步地，步骤e中，升温前先通入氮气30min，驱赶炉本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备方法，其特征在于，先采用模压成型的方法制备陶瓷预制体生坯，干燥，然后通过机械加工将干燥后的所述陶瓷预制体生坯加工成所需外形结构的异形陶瓷预制体坯体，高温烧结所述异形陶瓷预制体坯体得到异形陶瓷预制体，最后采用无压渗透的方法将铝渗透于所述异形陶瓷预制体中，得到近净形高体分铝基复合材料。
2.根据权利要求1所述的高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备方法，其特征在于，步骤a中，所述陶瓷粉末为碳化硅粉末、氧化铝粉末、碳化钛粉末、二硼化钛粉末和金刚石粉末中的一种，所述陶瓷粉末的粒度为20-300μm；
4.根据权利要求2所述的高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备方法，其特征在于，步骤a中，所述模压成型为采用液压机压制成型，压制的压强为50-150MPa，加载速率为3MPa/s，保压时间为1-4min。
5.根据权利要求2所述的高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备方法，其特征在于，步骤b中，所述干燥处理是将所述
6.根据权利要求2所述的高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备方法，其特征在于，步骤c中，铣刀转速为1500-2500r/min，行进速率为1-3mm/s。
7.根据权利要求2所述的高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备方法，其特征在于，步骤d中，所述脱胶处理为将所述所需外形结构的异形陶瓷预制体坯体置于箱式电阻炉，在400-600℃温度下保温1-3小时；
8.根据权利要求2所述的高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备方法，其特征在于，步骤e中，所述铝合金为Al-Mg-Si合金，Mg的质量分数为3-12％，Si的质量分数为9-18％。
9.根据权利要求2所述的高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备方法，其特征在于，步骤e中，升温前先通入氮气30min，制备过程在氮气保护气氛进行。
10.根据权利要求9所述的高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备方法，其特征在于，步骤e中，升温速率为10-15℃/min。
...【技术特征摘要】
1.一种高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备方法，其特征在于，先采用模压成型的方法制备陶瓷预制体生坯，干燥，然后通过机械加工将干燥后的所述陶瓷预制体生坯加工成所需外形结构的异形陶瓷预制体坯体，高温烧结所述异形陶瓷预制体坯体得到异形陶瓷预制体，最后采用无压渗透的方法将铝渗透于所述异形陶瓷预制体中，得到近净形高体分铝基复合材料。
2.根据权利要求1所述的高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备方法，其特征在于，步骤a中，所述陶瓷粉末为碳化硅粉末、氧化铝粉末、碳化钛粉末、二硼化钛粉末和金刚石粉末中的一种，所述陶瓷粉末的粒度为20-300μm；
4.根据权利要求2所述的高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备方法，其特征在于，步骤a中，所述模压成型为采用液压机压制成型，压制的压强为50-150mpa，加载速率为3mpa/s，保压时间为1-4min。
5.根据权利要求2所述的高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备方法，其特征在于，步骤b中，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹雷刚，黄磊，朱明雨，崔岩，杨越，刘园，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：
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